论文部分内容阅读
涡旋是世界海洋中无处不在的一种中尺度海洋现象,是指尺度显著小于背景流场的长期封闭式气旋或反气旋环流。中尺度涡携带着巨大的能量,对海洋环流起着重要作用,是海洋中能量输送和物质传递的重要承担者,并能影响温、盐等海洋要素的分布。中尺度涡作为跨尺度海洋动力学的重要组成部分,直接影响着海洋军事活动、海洋渔业等,从而引起了世界海洋学家的广泛关注。以往的水文实测资料与卫星观测资料均显示,南海由于受到风的扰动、地形作用、黑潮入侵、背景流场不稳定性等因素的影响,中尺度涡活动十分活跃。中尺度涡识别方法的确定是南海涡旋研究的基础,一些学者通过人为设置涡旋强度、涡旋直径最小值来识别中尺度涡,这种方法不仅缺少物理依据,且由于受人为因素控制造成在不同研究中的某些标准不同,从而导致识别出来的涡旋个数不同,相对应总结出的统计特征也会出现偏差,在这种情况下,能自动对中尺度涡进行判别及追踪的算法是必不可少的。前人对南海中尺度涡的研究已取得一定成果,但由于南海地形独特、动力条件复杂,南海中尺度涡的基本物理属性及动力驱动条件尚未被完全了解。因此,如何准确识别中尺度涡并对其进行统计分析存在一定难度。以往研究使用的高度计时间序列长度受限且多集中于探究南海中尺度涡的运动规律及季节变化,对年际变化特征进行的研究较少。因此基于较长时间序列的卫星观测资料,选择易行、合理的自动涡旋检测算法进行涡旋识别,对南海中尺度涡进行定性与定量研究,分析其季节和年际变化特征及其动力机制,仍是一个十分重要的课题。本文基于Okubo-Weiss函数方法,利用1993-2012年的高度计资料进行涡旋识别,结合小波分析、EOF分析、相关分析等方法,揭示了南海中尺度涡的时空分布,初步研究了中尺度涡旋活动的季节和年际变化特征及其可能的动力机制。结论如下：(1)本文采用Okubo-Weiss函数方法(O-W方法)结合人为设置标准进行涡旋识别。此方法考虑了物理机制且仅利用表面高度异常(SLA)数据推导出的单一函数即可将二维流场分区,从而识别出涡旋结构；又弥补了传统O-W函数方法涡旋数量探测过剩的不足。此方法无论基于高分辨率的模式资料还是基于卫星高度计资料都有较好的实用性及可靠性。(2)南海中尺度涡大都产生于2000m以深海域,冷暖涡几乎遍布10°N以北除东南部外的整个南海深海海盆。涡旋集中于越南东南海域、吕宋岛以西海域、台湾岛西南海域以及沿着海盆西北部2000m等深线分布。(3)南海中尺度涡的空间分布及涡旋活动具有较为显著的季节变化特征。越南东南涡旋分布的季节性特征明显：冬季气旋涡控制着南部,反气旋涡控制着北部,此现象一直持续到春季,夏季与之相反,气旋涡控制着北部,反气旋涡控制着南部。涡旋个数虽然没有明显的季节性变化特征,但夏季是产生反气旋涡的有利季节,冬季是产生气旋涡的有利季节。涡动能在夏、秋季节(夏半年)较大,在冬、春季节(冬半年)较小,与之不同的是涡区面积在春、秋季较大。(4)南海中尺度涡旋活动还具有较为显著的年际变化特征,本文对涡旋个数、涡区面积、涡动能的计算分析均表明,涡旋活动与ENSO现象遥相关：南海中尺度涡活动在El Nino年较弱,在La Nina年较强。可用风场异常解释南海中尺度涡的年际变化与ENSO现象的负相关关系。El Nino期间南海年平均意义下的东北风场减弱,风应力旋度绝对值减小,从而导致了较弱的涡旋活动,相反La Nina期间强劲的风场导致了涡旋活动增强。